文档内容
第二章 矩阵答案解析
2-1 基础过关
1.【答案】(1)
3 5
6
4 9
;(2) 1 0 ;(3)
2
1
3
4
2
6
;
(4)a x2 a x2 a x2 2a x x 2a x x +2a x x ;
11 1 22 2 33 3 12 1 2 13 1 3 23 2 3
2 13 22 0 5 8
(5)3AB2A 2 17 20 ,ATB 0 5 6 .
4 29 2 2 9 0
4 3 17 473211 35
【解析】(1) 1 2 3 2 172231 6 ;
5 7 0 1 577201 49
(2) 1 2 3
3
2
1
1 3 2 2 3 1 1 0 ;
2 2(1) 22 2 4
(3) 1 1 2 1(1) 12 1 2 ;
3 3(1) 32 3 6
(4)
a a a x
11 12 13 1
x x x a a a x
1 2 3 12 22 23 2
a a a x
13 23 33 3
x
1
xa x a x a xa x a x a xa x a x a x
1 11 2 12 3 13 1 12 2 22 3 23 1 13 2 23 3 33 2
x
3
(xa x a x a )x (xa x a x a )x (xa x a x a )x
1 11 2 12 3 13 1 1 12 2 22 3 23 2 1 13 2 23 3 33 3
a x2 a x x a x x a x x a x2 a x x a x x a x x a x2
11 1 12 1 2 13 1 3 12 1 2 22 2 23 2 3 13 1 3 23 2 3 33 3
a x2 a x2 a x2 2a x x 2a x x +2a x x
11 1 22 2 33 3 12 1 2 13 1 3 23 2 3
(5)1 1 1 1 2 3 1 1 1
3AB2A3 1 1 1 1 2 4 2 1 1 1
1 1 1 0 5 1 1 1 1
0 5 8 1 1 1
3 0 5 6 2 1 1 1
2 9 0 1 1 1
0 15 24 2 2 2
0 15 18 2 2 2
6 27 0 2 2 2
2 13 22
2 17 20
4 29 2
A T B
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
0
1
2
5
2
3
4
1
0
0
2
5
9
5
8
6
0
.
2.【答案】请参照解析
【解析】(1)不正确,取 A
1
1
2
3
, B
1
1
0
2
;
(2)不正确,取 A
1
1
2
3
, B
1
1
0
2
;
(3)不正确,取 A
1
1
2
3
, B
1
1
0
2
;
(4)不正确,取 A
1
1
1
1
O , A 2 O ;
(5)不正确,取 A
1
0
0
0
,有AO, A E 而 A 2 A ;
(6)不正确,取 A
1
0
0
0
1 0
,X ,
0 0
Y =
1
0
0
1
有X Y 而AX AY .
1 0 1 0 1 0
3.【答案】(1)A2= ,A3= , Ak= ;
2 1 3 1 k 1
3 1
(2)A50 1025E ,A51 1025
;
1 3(3) A 1 0 0 8 9 9
2
1
3
4
2
6
8
4
1 2
;
(4) A 1 1
1
3
1
1
2 1
2
3
1 1
4
4
2 1
2
3
1 1
2731 2732
或 ;
683 684
(5) A 8 1 0 1 6 , A 4
5
0
0
0
4 0
5
0
0
4
0
0
2
2
4
6
0
0
0
2 4
【解析】(1) 2
1 0
1
1 0
1 2
1 0
1
A
,
3 2
2
1 0
1
1 0
1 3
1 0
1
A A A
,
1 0
按照规律可知:Ak ;
k 1
3 1 3 1 10 0
(2)A2
10E,
1 31 3 0 10
A 3 A 2 A 1 0 E A 1 0 A ,A4 A2A2 10E10E 102E
根据规律可知,( k 为正整数)
当n2k1, A n A 2 k 1 A 2 k A A 2 A
k
2
个
A 2
A 2 A = ( 1 0 E ) k A 1 0 k A ,
当n2k, A n A 2 k A 2 A
k
2
个
A 2
A 2 = ( 1 0 E ) k 1 0 k E ,
故 A 5 0 1 0 2 5 E , A 5 1 1 0 2 5 A 1 0 2 5
3
1
1
3
;
2
(3)bTa (1,2,4) 1 8,
3
1 0 0 A
( a
( b
b
T
T
a
1 0 0 )
9 9 ) a
b
a
T
b
T a
b
8
T a
9 9
b
T
2
1
3
a
( 1
b
,
T
2
a
, 4
b
)
T
a
8
b
9 9
T a
b
2
1
T
3
a
9
T b
T 个 9 b
4
2
6
a
a b
T
8
4
1
a
2
b
T
(4)由 P 1 A P Λ ,可知 A P Λ P 1 ,故
A 1 1 ( P Λ P 1 ) P Λ P 1
E
P Λ P 1
E
P Λ P 1 P 1
E
P Λ P 1 P Λ 1 1 P 1 P
0
1
2
0
1 1
P 1
由于 P
1
1
1
4
,故 P 1
1
3
1
1
4
1
,故
1 0 1 41 0 1 1 4
A11 P P1
0 211 1 1 0 211 31 1
1 1 213 1 4 1 1213 4213
3 1 211 1 1 3 1211 4211
(5)令 A
1
3
4
4
3
, A
2
2
2
0
2
,则 A
A
O
1
O
A
2
,故
A A
1
A
2
2 5 4 1 0 0 , A 8 ( 1 0 0 ) 8 1 0 1 6 ;
3 4 3 4 25 0
A2 25E ,
1 4 34 3 0 25
A 41 ( A 21 ) 2 ( 2 5 E ) 2 5 4 E
A 22
2
2
0
2
2
2
0
2
4
8
0
4
2
2
2
3
0
2 2
22 0 22 0 24 0
,A4
2 23 22 23 22 26 24
54 0 0 0
A4 O 0 54 0 0
故A4 1 .
O A4 0 0 24 0
2
0 0 26 24
4.【答案】略
【解析】(1)由于A为对称矩阵,即AT A,则(BTAB)T BTATBBTAB,所以
BTAB也是对称矩阵;
(2)先证 A B B A AB是对称矩阵:
由于A,B都是n阶对称矩阵,故AT A,BT B,则(AB)T BTAT BA AB,故 A B 是对称矩阵.
再证AB是对称矩阵 A B B A
由于 A , B 都是 n 阶对称矩阵,故 A T A , B T B ,则
( A B ) T A B A T B T ( B A ) T ,即 A B B A .
故原命题得证.
1
(3)直接验证(EJ)
E J
E即可:
n1
1
( E J ) E J
n 1
E
E
n
n
1
1
1
1
J
( J
2
J
n
n
J
1
)
1
J 2 E
n
n
1
J
n
1
1
J 2
接下来只需验证 J 2 n J O 即可,
由题意: J
1
1
1
1
1
1
1
1
1
,故
J 2
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
n
n
n
n
n
n
n
n
n
n J ,
1
故(EJ) E J E,即
n1
E J
1
是可逆方阵,且(EJ)1 E J .
n1
(4)由于矩阵 Α 可逆,故 Α 0 ,且有恒等式ΑA* A*Α A E ,即
A *
1
A
Α E ,故A可逆;在上述恒等式两边同时左乘Α1可得 A * A A 1 ,
1
故 (A)1 Α A 1 (Α1)1 ( Α Α1)1 (A)1 ,原命题得证.
A
5.【答案】(1)(AE)1 (A2 AE),(AE)1 A2 AE;(2) A 1
1
2
( A E ) , ( A 2 E ) 1
1
4
( 3 E A ) ;
(3)
5
2
0
0
2
1
0
0
0
0
8
5
0
0
3
2
1
1
0
0
2
5
0
0
2
0
0
2
5
0
0
8
3
;
(4)
0
2
4
0
1
3
1
5
0
0
1
1
2
1
0
0
0
3
0
4
2
0
1
【解析】(1) A 3 O A 3 E E ( A E ) ( A 2 A E ) E ,
故 ( A E ) 1 ( A 2 A E ) ;
A 3 O A 3 E E ( A + E ) ( A 2 A E ) E ,故 ( A E ) 1 A 2 A E .
(2) A 2 A 2 E O A ( A E ) 2 E A
1
2
( A E ) E ,故 A 1
1
2
( A E ) ;
A 2 A 2 E O ( A 2 E ) ( A 3 E ) 4 E O ( A 2 E ) ( A 3 E ) 4 E
( A 2 E )
1
4
( A 3 E )
E ,故 ( A 2 E ) 1
1
4
( 3 E A ) .
(3)令 A
5
2
0
0
2
1
0
0
0
0
8
5
0
0
3
2
A
O
1
O
A
2
,其中 A
1
5
2
2
1
8 3
,A
2 5 2
易求得 A 1 1
1
2
5
2
, A 2 1
2
5
8
3 1 a b 1 d b
(利用公式 )
c d ad bcc a
1 2 0 0
A O 1 A1 O 2 5 0 0
A1 1 1 .
O A O A1 0 0 2 3
2 2
0 0 5 8
1
0 0 1
5 O 1 3 1
(4)令A 5 ,其中A1 ,
2 1 0 2 24 2
A O
4 3 0 2 1 1 O A1 0 3 1
故A1 A O 2 O 5 1 5 1 O 2 1 2 1 0 0 0 4 0 2 .
6.【答案】(1)在秩是 r 的矩阵中,存在等于 0 的 r 1 阶子式,也存在等于 0 的 r 阶子
式;
(2)可能 r ( A ) r ( B ) ,也有可能 r ( A ) r ( B ) 1 ;
(3)(4)(5)请参照详解;
1
1
1
【解析】(1)例:矩阵A ,易知矩阵
0
0
0
2n2n
A 的秩为 n ,
且这个矩阵中,存在等于0的 n 1 阶子式,也存在等于0的 n 阶子式;
(2)例: A
1
1
1
1
, B
1
0
1
0
,此时 r ( A ) r ( B ) 1 ;
A
1
1
1
2
, B
1
0
1
0
,此时 r ( A ) r ( B ) 1 ;
也可写成 r ( A ) r ( B ) r ( A ) 1 .
(3)必要性:因为 r ( A ) 1 ,所以存在可逆矩阵 P , Q ,使得
1 1
0 0
PAQ (1,0, ,0)
0 0
1 1
0 0
所以A P1 (1,0, ,0)Q1 ,令a P1 ,
0 0
b T ( 1 , 0 , , 0 ) Q 1 ,则 A a b T
充分性:因为AabT,所以r(A)r(abT)r(a)1,又因为AabT O,所以r ( A ) 1 ,综上r(A)1.
(4)因为A2 A,所以A(AE)O,所以 r ( A ) r ( A E ) n ;
又因为 r ( A ) r ( A E ) r ( A ) r ( E A ) r ( A E A ) r ( E ) n
所以 r ( A ) r ( A E ) n .
7.【答案】(1) r ( A ) 2 ;(2) r ( A ) 3 ;(3) r ( A ) 3 ;(4)请参照解析
【解析】(1)
3
1
1
1
3
1
0
2
4
2
4
1
1
3
1
1
3
1
2
0
4
2
4
1
1
0
0
4
4
1
2
6
6
5
5
1
1
0
0
4
0
1
2
0
6
5
0
1
所以秩为 r ( A ) 2 .
(2)
3 2 1 3 1
2 1 3 1 3
7 0 5 1 8
1
2
7
1
0
0
3
1
0
3
7
0
4
3
5
4
1 1
0
4
1
1
4
9
0
2
3
8
2
7
1
1
0
0
3
7
2 1
1
3
4
1
3
9
2
4
7
2
7
2 2
所以秩为r(A)3.
(3)2 1 8 3 7
2 3 0 7 5
3 2 5 8 0
1 0 3 2 0
1
2
3
2
1
0
0
0
1
0
0
0
0
1
0
1
0
1
0
0
3
2
2
3
3
2
0
0
3
0
5
8
3
2
4
6
2
0
0
2
7
8
3
1
2
2
3
0
0
7
1
0
7
1
0
5
0
7
0
5
1
0
0
0
1
0
0
0
0
1
3
2
0
1
0
0
3
6
4
2
3
2
0
0
2
3
2
1
2
1
0
0
0
5
0
7
0
7
1 4
1 6
所以秩为r(A)3.
(4) A
1
0
0
2
2
k
k
2
2
2
3
3
3
k
k
3 k
3
2
1
0
0
2
k
0
2
2
3 ( k
3
3
k
1
k
) (
3
k 2 )
当 k 1 时, A
1
0
0
0
0
2 3
0
0
,所以 r ( A ) 1
当 k 2 时, A
1
0
0
0
2
6
0
6
9
,所以r(A)2
当 k 1 且 k 2 时,r(A)3.
8.【答案】 P =
2
7
3 2
1
6
0
0
1
【解析】
1 2 3 4 1 0 0 1 2 3 4 1 0 0
(A E) 2 3 4 5 0 1 0 0 1 2 3 2 1 0
5 4 3 2 0 0 1 0 6 12 18 5 0 1
1 2 3 4 1 0 0 1 0 1 2 3 2 0
0 1 2 3 2 1 0 0 1 2 3 2 1 0
0 0 0 0 7 6 1 0 0 0 0 7 6 13 2 0
所以P = 2 1 0 .
7 6 1
9.【答案】(1) X =
1
1
0
1
2
5
2
4
3
;(2) X =
2
4
7
1
4
1
;
(3) X =
0
1
1
1
0
1
1
0
1
;(4) B
6
6
6
1
【解析】(1)进行行变换:
( A B )
4
2
3
1
0
0
1
2
1
0
1
2
2
1
1
2
3
1
1
2
3
9
6
2
2
3
1
5
6
2
1
2
3
1
0
0
0
2
1
0
1
0
1
1
1
2
1
1
2
3
2
2
9
1
2
2
2
1
2
5
4
1
0
0
0
2
1
1
0
0
3
2
0
1
0
1
0
0
1
6
9
2
1
1
0
1
2
5
6
5
2
2
4
3
所以 X =
1
1
0
1
2
5
2
4
3
.
(2)进行列变换:
0 2 1 1 2 0 1 0 0 1 0 0
2 1 3 3 1 2 3 7 2 3 1 2
A
3 3 44 3 34 11 34 1 3
B
1 2 3 3 2 1 3 4 1 3 0 1
2 3 1 1 3 2 1 5 2 1 3 2
1 0 0 1 0 0 1 0 0 1 0 0
3 1 0 0 1 0 0 1 0 0 1 0
4 1 11 1 1 0 1 1 0 0 1
3 0 1 3 0 1 2 0 1 2 1 1
1 3 4 8 3 4 4 3 4 4 7 4
2 1 1
所以X = .
4 7 4 (3) ( A 2 E ) X A ,构造矩阵进行行变换:
( A 2 E A )
0
1
0
0
1
0
0
1
1
1
1
0
0
1
0
0
1
1
0
0
1
0
1
0
2
1
1
0
1
0
1
1
0
1
2
1
1
0
1
2
1
1
0
1
1
1
0
0
1
0
1
0
1
1
1
0
0
1
0
0
0
1
0
1
1
1
1
1
1
0
1
1
0
1
1
0
1
2
2
1
1
1
1
1
1
0
1
0
1
1
所以 X =
0
1
1
1
0
1
1
0
1
.
(4) A* | A| A1 A 4 A1 A 3 8,所以 A 2 ,所以 A 可逆.
方程右乘 A 可得:ABB3A
方程左乘A*可得:2B= A*B6E
所以 ( 2 E A * ) B 6 E ,方程左乘 ( 2 E A * ) 1 可得:
B 6 ( 2 E A * ) 1 6
1
1
1
6
1
6
1
1
1
1
6
6
6
6
1
2-2 基础真题
1.【答案】 3
【解析】设
x
x
x
1
2
3
,则 T
x
x
x
2
3
21
x
x
1
1
x
x
1
x
3
x
22
x
2
2
x
x
1
2
x
x
x
23
3
3
. 由题设知x2 x2 x2 1,故
1 2 3
T x 21 x 22 x 23 3 .
【注】T 是秩为1的方阵,T是一个数,且这个数T就是方阵T
的迹,于是直
接有 T 1 1 1 3 .
2.【答案】C
【解析】
A B ( E T ) ( E 2 T ) = E T 2 T T E T 2 T ( T ) ,
T 1 11 1 1
其中T ,0, ,0, ,0, ,0, ,故
2 22 2 2
A B E + T 2
1
2
T E .
3.【答案】 3 n 1
1
2
3
1
2
1
3
2
1
3
2
3
1
【解析】 因为
1 ,
1
2
,
1
3
1
2
3
3 ,应用矩阵乘法的结合律,得
An AA AA()() ()()() ()
n个 n1个
1 1
1
2 3
2
3n13n13n1 2 1
3
3
3 1
2
【注】若,都是n维非零列向量,则A和B是两个互为转置的秩为1的方阵,而 和 是两个相等的数(这个数就是 A 的迹),则
A n l n 1 A ( ) n 1 A .
4.【答案】 A = A 5
1
2
6
0
0
1
0
0
1
1 0 0
【解析】P1 2 1 0 . 由
4 1 1
A P = P B ,得
1 0 01 0 0 1 0 0
A PBP1 2 1 0 0 0 0 2 1 0
2 1 1 0 0 1 4 1 1
1 0 0 1 0 0 1 0 0
2 0 0 2 1 0 2 0 0
2 0 1 4 1 1 6 1 1
A 5
(
P
P
B
B
5
P
P
1
1
) (
P
P
B
B
P
个 5
P
1
)
1
(
A
P B P 1 ) P B ( P 1 P ) B ( P 1 P ) ( P 1 P ) B P 1
15 0 0 1 0 0
【注】由于B 为对角阵,故B5
0 05 0
0 0 0
B.
0 0 (1)5 0 0 1
5.【答案】C
【解析】由 A = A A 1 ,得 ( A ) = A * ( A ) ,又 A * A n 1 ,故
1
(A)= A n1 ( A A1)1 A n1 A A n2 A.
A
6.【答案】A
【解析】由矩阵A与A之间的关系,有 A A A A A E ,其中E 为 3 阶单位矩阵,
由题设A AT,得 A A T A T A A E ,两边取行列式有 A 2 A 3 ,从而 A 0或
1,又由题意设a a a 0知,由于 A E ATA,故位于矩阵 A E的第一行第一
11 12 13
列的元素为a2 a2 a2 3a2 0,而 A 0即 A 1,于是AAT ATA E,故
11 12 13 113 a 21
1
1 ,即 a
1 1
3
3
.
7.【答案】C
【解析】由于 A B A B B A 及 B A B A ,即知 A B B A 总成立,故选项
(C)正确. 注意其他选项都不一定成立.
8.【答案】
1
2
【解析】由 A 2 B A B E 得 ( A 2 E ) B A E ,即 ( A E ) ( A E ) B A E .
2 0 1
而AE 0 3 0 为可逆矩阵,所以有(AE)B E,由此得
2 0 2
B ( A E ) 1 .
0 0 1
又AE 0 1 0 ,故
2 0 0
A E 2 ,因此 B ( A E ) 1 A E 1 1
2
.
9.【答案】
1
9
【解析】由题中所给等式得 ( A 2 E ) B A * E ,两边取行列式,有 A 2 E B A * 1 .
因为 A 3 ,所以 A A 3 1 9 . 又 A 2 E
0
1
0
1
0
0
0
0
1
1
1
,所以 B .
9
10.【答案】 2
【解析】由题设等式得 B ( A E ) 2 E ,从而 B ( A E ) 2 E ,即
B A E 2 2 4 ,而 A E
1
1
1
1
2 ,所以 B 2.
11.【答案】
1
2
6
7
【解析】因为 ( 3 A ) 1
1
3
A 1
1
,A A A1 A1 故
2
3
1 2 2 8 1 16
(3A)12A A1A1 A1 A1 .
3 3 3 27 A 2712.【答案】a1
【解析】由于 B 是 A 的逆矩阵,故 A B ( E T )
E
1
a
T
E ,
于是 E
1
a
T T
1
a
T T E , T
1
a
1
1
a
2 a 2
0 .
由于 T 0 ,故
1
a
1 2 a 0 2 a 2 a 1 0 ( 2 a 1 ) ( a 1 ) 0
又由于a0,于是 2 a 1 0 ,故 a 1 0 ,得 a 1 .
13.【答案】
1
2
0
0
2
5
0
0
0
0
1
3
1
3
0
0
2
3
1
3
【解析】记矩阵 A
1 1
5
2
2
1
, A
2 2
1
1
1
2
,则矩阵 A
A
O
1 1
O
A
2 2
为一分块对角
矩阵. 由分块对角矩阵求逆阵的方法,得
A -1
A
O
1
1 1
O
A 1
2 2
1
2
0
0
2
5
0
0
0
0
1
3
1
3
0
0
2
3
1
3
14.【答案】
0
0
0
1
0
0
1
0
0
1
0
0
1
0
0
0
【解析】方法一:利用初等行变换法:
0 0 0 1 1 0 0 0 1 0 0 0 0 0 0 1
0 0 1 0 0 1 0 0 0 1 0 0 0 0 1 0
(A E) (E A1)
0 1 0 0 0 0 1 0 0 0 1 0 0 1 0 0
1 0 0 0 0 0 0 1 0 0 0 1 1 0 0 0
故A1 A.方法二:利用分块求逆法:
记矩阵 B
0
1
1
0
,则 B 1 B ,于是有
A 1
O
B
B
O
1
B
O
1
B
O
1
O
B
B
O
A
方法三:可以看出矩阵 A 满足 A 2 E ,故由逆矩阵的定义即知 A 1 A .
15.【答案】
0
1
a
0
0
1
0
0
1
a
0
2
a
0
0
0
1
n 1
1
a
0
0
0
n
【解析】方法一:初等变换法:
( A E )
0
0
0
a
n
a
0
0
0
1
0
a
0
0
2
a
0
0
n
0
1
1
0
0
0
0
1
0
0
0
0
1
0
0
0
0
1
用
第
1a1行
n
乘
向
第 行i
上 与
( i=
相
1
邻
,
行
,
交
n )
换 n 1 次
1
0
0
0
0
1
0
0
0
0
1
0
0
0
0
1
0
1
a
0
0
1
0
0
1
a
0
2
a
0
0
0
1
n 1
1
a
0
0
0
n
( E A 1 )
上面分块矩阵中右边的矩阵就是A1.方法二:令 n 1 阶方阵(对角矩阵) B
a
1
a
2
a
n 1
O B
,则A ,于是
a O
n
有 A 1
B
O
1
a
O
n 1
,其中 B 1
a 1 1
a 2 1
a n 1
1
.
1
0 0
10
1 1
16.【答案】 0
5 5
3 2 1
10 5 2
【解析】由 A * A A E ,当 A 0 时,得 A *
1
A
A
E ,故有 ( A * ) 1
1
A
A (或由
A 1
1
A
A * A * A 1 A ( A * ) 1
1
A
A ),又 A 10,所以
( A * ) 1
1
A
A
1
1
1
0
1
5
3
0
0
1
5
2
5
0
0
1
2
17.【答案】D
【解析】因为 Α Β C E ,即 Α ( Β C ) E ,故方阵 Α 与ΒC互为逆矩阵,从而有
( Β C ) Α E ,即ΒCΑE.
【注】实际上ΑΒC= E BCA= E CAB= E,把Α、B、C 顺时针围成一圈,任
意三者顺时针相乘都等于E .
18.【答案】C
【解析】 ( A B ) B B A B A A B ( B A ) A 1 A ( A B ) B
故答案应选(C).【注】注意利用单位矩阵E 作恒等变形,另外一般地(AB) AB,不要与转置
的运算混淆.
19.【答案】(Ⅰ) P Q
A
0 A b
a
α A 1 α
;(Ⅱ)略
【解析】(Ⅰ)因 A A A A A E ,故
P Q
A
0
E
T A
A
b
O
A
a
A
A
T
1
b
T A
A
A A A
a
b A
其中零向量 0 为 n 维行向量.
(Ⅱ)证明:由(Ⅰ)可得 P Q A 2 ( b A 1 ) ,而 P Q P Q ,且
P A 0 ,故 Q A ( b A 1 ) . 由此可见, Q 0的充分必要条件为
A1b,即矩阵 Q 可逆的充分必要条件是A1b.
20.【答案】 1
【解析】方法一:因为 A 的第1行非零,又 A 的第 2 , 3 , , n 行都可由 A 的第1行线性表
出,故 A 的行秩为1,即 r ( A ) 1 .
方法二:把 A 的第1行的
a
a
i
1
倍加到 A 的第 i 行上去,则第 i 行每个元素均化为
0 ( i 2 , , n ) ,而第1行非零 ,故 r ( A ) 1 .
a
1
a
方法三:A 2 (b,b , ,b )T,故
1 2 n
a
n
r ( A ) 1 .
21.【答案】0
【解析】因为 r ( A
4 4
) 2 ,即 A 中非零子式的最高阶数为2,故 A 的3阶子式全为0,
即 A的每个元素的余子式全为 0 ,从而每个元素的代数余子式全为 0 ,故A* O,从而
有r(A*)0.22.【答案】 2
【解析】因为 B 为满秩矩阵,而用满秩方程乘矩阵,不改变矩阵的秩,所以有
r ( A B ) r ( A ) 2 .
23.【答案】B
【解析】
A
1
a
a
a
[ (
( 1
n
a
1
a
a
a
1 ) a
n )
a
a
1
a
1 [ (
1
n
]
1
a
a
1 ) a
a
a
a
1
1
1
a
1 ]
( n 1 )
a
a
a
1
a
1
a
[ (
1
n
(
1
n
)
a
1 )
1
a
a
1
a
]
1
0
0
1
1
1
0
a
( n 1 )
a
a
1
1
a
1
0
a
1
由 r ( A ) n 1 得, a
1
1
n
或1,显然 a 1 时, r ( A ) 1 不符合题意,故答案选(B).
24.【答案】3
【解析】方法一:根据题设,由于 A
k
1
1
1
1
k
1
1
1
1
k
1
1
1
1
k
k
0
0
0
3
k
1
0
0
1
k
1
0
0
1
k
1
0
0
1
故只有当 k 3 时,r(A)3.
方法二:根据题设r(A)3,则 A 0. 从而由 A
k
1
1
1
1
k
1
1
1
1
k
1
1
1
1
k
( k 3 ) ( k 1 ) 3 0
可得 k 1 或k 3.当 k 1 时,由 A
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
0
0
0
1
0
0
0
1
0
0
0
1
0
0
0
,可知,此时r(A)1,不符合
题意,故 k 3 .
25.【答案】C
【解析】由 r ( A * )
n
1
0
, r
, r
, r
(
(
(
A
A
A
)
)
)
n
n
n
1
1
,故 r ( A ) 2 ,于是
A
a
b
b
b
a
b
b
b
a
( a b ) 2 ( a 2 b ) 0
所以 a b 或 a 2 b 0 . 若 a b ,则 r ( A ) 1 ,r(A*)0,不符合题意,故 a b 且
a2b0,故应选(C).
26.【答案】 1
【解析】因为 A 3
0
0
0
0
1
0
0
0
0
1
0
0
0
0
1
0
3
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
1
0
0
0
,故 A 3 的秩为 1 .
计算 A 3 可以直接由乘法得到,这是最基本的方法,应熟练掌握.
此外,也可由这种矩阵方幂的规律得到:设 A
0
0
0
0
1
0
0
0
0
1
0
0
0
0
1
0
n n
,则
0 0 1 0 0
0 0 0 1
0 0 0 1 0
0 0 0 0
A2 , ,An1 ,An O .
0 0 0 0 1
0 0 0 0
0 0 0 0 0
0 0 0 0
0 0 0 0 0 nn
nn27.【答案】C
【解析】矩阵 B 可以看作由矩阵 A 依次进行下列两次初等行变换得到的:先把 A 的第1
行加到第3行上去,再把所得矩阵的1,2两行互换. 这两次初等变换对应的初等方阵分别
为题给矩阵 P
2
和 P
1
,于是由“对矩阵 A 作初等行变换相当于对应的初等方阵左乘 A ”,
即知(C)正确.
28.【答案】D
【解析】由题意知, Q E
1
E
2
,其中 E
1
0
1
0
1
0
0
0
0
1
, E
2
1
0
0
0
1
0
0
1
1
,故
Q
0
1
0
1
0
0
0
0
1
1
0
0
0
1
0
0
1
1
0
1
0
1
0
0
1
0
1
,
即选项(D)正确.
29.【答案】C
【解析】由题设知 B E (1 , 2 ) A ,其中 E ( 1 , 2 ) 是将矩阵第1行(列)与第2行(列)交
换的初等变换所对应的初等矩阵,因而B1 A1[E(1,2)]1. 由于[E(1,2)]1 E(1,2),
B 1
1
B
B , A 1
1
A
A ,且 B A ,所以 B A E (1 , 2 ) ,而用 E ( 1 , 2 ) 右乘矩
阵A*,就是将 A * 的第1列与第2列交换,即选项(C)是正确的.
30.【答案】B
【解析】由题设知 B P A , C B Q
1 1 0
,其中初等矩阵Q 0 1 0 ,于是有
0 0 1
C PAQ. 易得 Q P 1 ,即C PAP1,答案选(B).
1 0 0 0
2 1 0 0
31.【答案】A[(C B)T]1
1 2 1 0
0 1 2 1
【解析】因为A(EC1B)TCT A[C(EC1B)]T A(CB)T,并由已知条件A(CB)T E ,从而 A [ ( C B ) T ] 1 =
1
2
3
4
0
1
2
3
0
0
1
2
0
0
0
1
1
=
1
1
0
2
0
1
1
2
0
0
1
2
0
0
0
1
.
32.【答案】 B =
2
0
1
0
3
0
1
0
2
0 0 1
【解析】(AE)B A2 E (AE)(A+E),由于AE 0 1 0 可逆,因此
1 0 0
B ( A E ) 1 ( A E ) ( A E ) A E
2
0
1
0
3
0
1
0
2
.
33.【答案】 ( A * ) 1
5
2
1
2
0
2
0
1
1
【解析】由 A A * A * A A E , A 0
A
知(A*)1 A1 A (*)
A
由 ( A 1 E )
1
1
1
1
2
1
1
1
3
1
0
0
0
1
0
0
0
1
1
0
0
1
1
0
1
0
2
1
1
1
0
1
0
0
0
1
1
0
0
0
1
0
1
0
1
2
1
1
2
1
0
1 0
0
1
2
1
0
0
0
1
0
0
0
1
5
2
1
1
2
1
0
1
0
1
2
1
2
( E A )
1 1 1
故 A1 1 2 1 2,将其代入(*),得
1 1 3
5 1
1
2 2 5 2 1
(A*)1 2 1 1 0
2 2 0
.
1 1 1 0 1
0
2 2 34.【答案】
1
1
2
0
0
1
2
0
0
0
1
【解析】 A 2 E
1
1
0
0
2
0
0
0
1
,求 A 2 E 的逆矩阵可有多种方法.
方法一:用初等行变换法
( A 2 E E )
1
1
0
1
0
0
0
2
0
0
1
0
0
0
1
0
0
1
1
0
0
1
0
1
2
0
1
0
0
1
2
0
0
0
1
0
0
1
1
0
0
0
2
0
0
0
1
1
0
1
0
1
0
0
0
1
即得 ( A 2 E ) 1
1
1
2
0
0
1
2
0
0
0
1
.
方法二:用分块求逆法
因为
1
1
0
2
1
1
2
2
1
0
1
1
1
2
0
1
2
,11 1.
由对分块矩阵求逆矩阵的方法得 ( A 2 E ) 1
1
1
0
0
2
0
0
0
1
1
1
1
2
0
0
1
2
0
0
0
1
.
35.【答案】 B
0
0
0
2
0
0
1
0
0
【解析】由A2 AB A(AB) E及 A 1 0 知AB A1,即B AA1.又 A 1
1
0
0
1
0
1
1
2
1
,从而 B
1
0
0
1
1
0
1
1
1
1
0
0
1
0
1
1
2
1
0
0
0
2
0
0
1
0
0
.
36.【答案】 X
3
2
1
0
1
1
【解析】以E 表示 3 阶单位矩阵. 由X AX B有 ( E A ) X B , E A 0 ,故
X ( E A ) 1 B (*),由 E A
1
1
1
0
0
1 0
2
1
2 1
0
3 3
2 1
,(E A)1 1 ,
3 3
1 1
0
3 3
2 1
0
3 3
1 1 3 1
2 1
代入(*),得 X (E A)1B 1 2 0 2 0 .
3 3
5 3 1 1
1 1
0
3 3
37.【答案】 X
1
4
1
0
1
1
1
0
0
1
1
【解析】由原等式得 ( A * 2 E ) X A 1 ,其中 E 是3阶单位矩阵,用矩阵 A 左边乘等式
两端,得 ( A E 2 A ) X E . 可见 A E 2 A 可逆,从而 X ( A E 2 A ) 1 .
1 1 1 1 1 1
由于 A 1 1 1 4, A E2A2 1 1 1 ,故
1 1 1 1 1 1
1
1 1 1 1 1 0
1 1
X 1 1 1 0 1 1
2 4
1 1 1 1 0 1
2-3 拓展拔高
1.【答案】 3 9 E
【解析】由 A
1
0
1
3
0
1 1
2
4
1 3
1 7 1
, B 0 3 0 3,知A,B可逆,
3 2 4
A 2 ( B A ) * ( A B ) A 2 A * B * ( B 1 ) 1 A 1 A 2 A A 1 ( B * B ) A 1 A A B A 1 A B E 3 9 E .
2.【答案】
0
1
0
0
1
0
0
0
0
0
4 2
2 4
0
0
2
4 2
4
【解析】 A n
B
O
O
C
n
B
O
n O
C n
,
0
1
1
0
2 n
E ,
0
1
1
0
2 n 1
0
1
1
0
,
B 5
0
1
1
0
5
0
1
1
0
, C
1
1
1
1
1
1
(1 1 ) ,
C 5
1
1
1
1 5
1
1
(1 1 )
1
1
(1 1 ) 2 4
1
1
1
1
2 4
2 4
4 2
4 2
,
所以 A 5
0
1
0
0
1
0
0
0
0
0
4 2
2 4
0
0
2
4 2
4
.
3.【答案】 A n
3
0
0
0
0
n n n 3
n 3
0
0
0
1
n ( n 1
2
n n 3
n 3
0
0
)
3
1
n 2
3
9
0
0
0
6
n
6
n
1
1
3
0
0
0
6
6
n 1
n 1
【解析】 A n
B
O
O
C
n
B
O
n O
C n
, B
3
0
0
1
3
0
0
1
3
, C
3
9
3
1
,其中
B = 3 E + J
0 1 0 0 0 1 0 0 0
,J 0 0 1 ,J2 0 0 0 ,Jn 0 0 0 (n3)于是
0 0 0 0 0 0 0 0 0B n = ( 3 E + J ) n 3 n E C 1n 3 n 1 J C 2n 3 n 2 J 2
3
0
0
n n n 3
n 3
0
1
n ( n
2n
3
3
1
n
n
)
3
1
n 2
,
1
C (3,1),
3
C 2 6 C , , C n 6 n 1 C ,所以当n2时,
A n
3
0
0
0
0
n n n 3
n 3
0
0
0
1
n ( n 1
2
n n 3
n 3
0
0
)
3
1
n 2
3
9
0
0
0
6
n
6
n
1
1
3
0
0
0
6
6
n 1
n 1
.
4.【答案】 4 E
【解析】形如 A P 1 Λ P 的矩阵是一种较为特殊的结构形式,常用在矩阵的幂运算中,根
据乘法运算的结合律,有
m A
( P
P
1
1
Λ
Λ
P
Λ
) ( P
Λ
1
P
Λ
=
P )
P 1
(
Λ
P
m
P
1 Λ P ) P 1 Λ ( P P 1 ) Λ ( P P 1 ) Λ ( P P 1 ) Λ P
Λ 2 n
( 1
0
0
0
) 2 n
1
0
2
0
0
n
(
0
0
1
0
) 2 n
1
0
0
0
2 n
E ,
1 0 8 A 2 A E
P
P
1 Λ
1 (
1
Λ
0 P
1 0
2
2
P
Λ
8
1
Λ 8
E
P
)
P
P
P
1 E
1
P
( E 2 E E ) P 4 E
5.【答案】 A n
1
1
1
1
1
1
1
1
1
【解析】PATPAP1TP,
An P1TP P1TP P1(T) (T)TP
P1(T)n1TP 1n1P1TP P1TP
1 0 0
P 1 1 0 可得
0 0 1
P 1
A
O
O
C
1
A
O
1
C
O
1
1
0
1
0
1
0
0
0
1
A n P 1 ( T ) P
1
0
1
0
1
0
0
0
1
0
0
0
1
0
1
1
0
1
1
1
0
0
1
0
0
0
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
.
6.【答案】C
【解析】因为 ( A B ) 2 E ,所以 A B A B E , A 1 B A B ,从而 A 1 B 1 B A .
7.【答案】B
【解析】因 E A A E A , A A 2 A 2 A A 3 ,AA1A1AE , A A * A * A A E
故 A 和 E , A 2 , A 1 , A * 乘法运算可交换. 但是(EA)(EA)T (EA)T(EA),
0 1
如A ,则
0 0
E A
1
0
1
1
,
( E A ) ( E A ) T
1
0
1
1
1
1
0
1
2
1
1
1
( E A ) T ( E A )
1
1
0
1
1
0
1
1
1
1
1
2
事实上,
( E A ) ( E A ) T [ 2 E ( E A ) ] ( E A ) T ( E A ) T [ 2 E ( E A ) ] ( E A ) T ( E A )
故选(B),对于(A),(C),(D)均成立,以(C)为例,有
(EA)(E A)1 (E A)12E(AE)1(AE)(AE)1[2E(AE)]
(AE)1(EA)
同理(A),(D)也成立.
8.【答案】C
【解析】由行列式乘法公式,当 A B O 有 AB A B 0,知必有 A 0 或 B 0 ,
即(C)正确. 如 A
1
0
0
0
, B
0
0
0
1
,知A,B均不正确. 如 A E , B
0
0
0
1
,
有ABO,知(D)不正确.
9.【答案】 O
【解析】A为实对称矩阵,A2 OATAO,
a a a a a a a2 a2 a2 0
11 21 n1 11 12 1n 11 21 n1
a 12 a 22 a n2 a 21 a 22 a 2n O,所以 a 1 2 2 a 2 2 2 a 2 2 n 0 ,解得
a
1n
a
2n
a
nn
a
n1
a
n2
a
nn
a
1
2
n
a
2
2
n
a
n
2
n
0a
ij
0 , ( i 1 , , n ; j 1 , , n ) A O .
10.【答案】略
【解析】由题设条件 ( A B ) 2 A B ,得A2 ABBAB2 AB,由已知A2 A,
B 2 B ,故得 A B B A O ①
在①式两端左乘 A ,并利用 A 2 A ,得 A B A B A = O ②
在①式两端右乘 A ,并利用 A 2 A ,得 A B A B A O ③
②式减③式,得 A B B A ④,
将④带入①得 A B O .
11.【答案】D
【解析】由 2 A B A 得 A ( 2 B E ) O ,于是 r ( A ) r ( 2 B E ) 4 ,又因 A 是 5 4 矩阵且
A 的列向量线性无关,有 r ( A ) 4 ,从而r(2BE)0,即 2 B E O ,于是 B
1
2
E ,
r ( B ) 4 ,故 r ( B * ) 4 ,选(D).
12.【答案】请参照解析
【解析】用初等变换将 A 化成阶梯形,有
A
1
0
0
0
1
1
1
2
a
1
1
2
2
1
b
2
4
1
0
0
0
1
1
0
0
a
1
1
0
1 2
2
1
b
b
b
,
由阶梯型矩阵可见:
(1)当 a 1 且 b 2 时,阶梯形矩阵中非零行的个数为 4 ,此时r(A)4;
(2)当a1且b2时,阶梯形矩阵中非零行的个数为3,此时r(A)3;
(3)当 a 1
1 1 1 1
0 1 1 b
且b2时,有A ,阶梯形矩阵中非零行的个数为
0 0 0 1
0 0 0 0
3 ,此时
r(A)3;
(4)当a1且b2时,阶梯形矩阵中非零行的个数为2,此时r(A)2.13.【答案】 a 1 ,b2, r ( A B ) 1
【解析】若 r ( B ) 3 ,则 B 可逆, r ( A B ) r ( A ) ,这与 r ( A B ) r ( A ) 矛盾,故 r ( B ) 3 ,
同理 r ( A ) 3 ,于是 A
a
2
3
b
0
2
2
3
1
4 ( 2 b a 3 ) 0 , B
b
1
0
1 a
1
2
1
0
1
a b 3 0
解方程组
2
a
b
b
a
3
3
0
0
,
, a1,
可得 ,于是
b2.
r ( A ) 2 ,因为 r ( A B ) r ( A ) 2 ,且注意到
A B O ,所以r(AB)1,故r(AB)1.
14.【答案】 0 或 1
【解析】由
n
j
1
a
ij
0 , i 1 , 2 , , n ,可知 A 0 ,r(A)n1,当r(A)n1时,有
r ( A * ) 1 ;当 r ( A ) n 1 时, r ( A * ) 0 ,故 r ( A * ) 为0或 1 .
15.【答案】C
【解析】由 A B A B E ,有(A+E)(BE)O,于是 r ( A + E ) r ( B E ) 3 ,又
3r(AB)r[(A+E)(BE)]r(A+E)r(BE)3
故 r ( A + E ) r ( B E ) 3 ;由 r ( A + E ) r
2
3
1
2
5
2
1
a
3
2 , r ( B E ) 1 ,故
r ( A + E ) 2 ,于是 A E
2
3
1
2
5
2
1
a
3
1 3 2 a 0 ,得 a
1 3
2
,故选(C).
16.【答案】请参照解析
【解析】(1) T
a
a
a
b1
b
2
b
n
1
1
1
a
a
a
b1
b
2
b
n
2
2
2
a
a
a
b1
b
2
b
n
n
n
n
, T a b1
1
a
2
b
2
a
n
b
n
;
(2)因 T 各行(列)是第1行(列)的倍数,又,皆为非零列向量,所以
r ( T ) 1 ;
(3)由于CTC(ET)T(ET)(ET)(ET)ET T TT
故若CTCET T T,则TT T O,β(αTα1)βT O,即 ( T 1 ) T O ,因为 0 ,所以 T O ,故 C T C E T T T 成立的
充要条件是 T 1 .
17.【答案】B
【解析】由于 r ( A ) n 1 ,则 A 0 ,
1 a a a 1(n1)a a a a 1 a a a
a 1 a a 1(n1)a 1 a a 1 1 a a
A a a 1 a 1(n1)a a 1 a [1(n1)a]1 a 1 a
a a a 1 1(n1)a a a 1 1 a a 1
1 0 0 0
1 1a 0 0
[1(n1)a]1 0 1a 0 [1(n1)a](1a)n1
1 0 0 1a
要使得 A 0 ,则 a 必须为 1 或
1
1
n
,排除(C)(D);又因为a1时, r ( A ) 1 ,故排
除(A),故答案选(B).
18.【答案】D
【解析】 A
0
1
0
1
0
0
0
0
1
B , B
1
0
0
0
1
0
0
1
1
C ,故 A
0
1
0
1
0
0
0
0
1
1
0
0
0
1
0
0
1
1
C ,即
Q =
0
1
0
1
0
0
0
0
1
1
0
0
0
1
0
0
1
1
0
1
0
1
0
0
1
0
1
,选(D).
19.【答案】C
【解析】设 P 为单位矩阵 E 交换第2行与第3行得到的初等矩阵,
Ar2 r 3B PA B, B * ( P A ) * A * P * A * P 1 | P | A * P ,
A*P B* A* c2 c 3B*,故选(C).
20.【答案】E
ij
【解析】由题,B E A,因为E 和A都可逆,所以B 可逆,且
ij ijB 1 ( E
ij
A ) 1 A 1 E 1
ij
A 1 E
ij
,从而 A B 1 A A 1 E
ij
E
ij
.
21.【答案】D
【解析】(A)、(B)显然正确;(C)选项, A 0, A 与 B 等价,则 B 0, B 可逆,
则存在可逆矩阵P ,使得 P B E ;(D)选项,若 A 经两行互换一次得到 B ,则其行列
式互为相反数,错误.
22.【答案】D
1 0 0 1 0 3
【解析】由已知, 0 1 0 AC ,B 0 1 0 D,故
0 1 1 0 0 1
1
0
0
0
1
1
0
0
1
A B
1
0
0
0
1
0
0
1
3
C D
1
0
0
0
1
1
0
0
2
,
A B
1
0
0
1
0
0
0
1
1
0
1
1
0
0
1
0
0
1
1
1
0
0
1
0
0
0
1
0
1
1
1
0
0
2
0
0
2
1
0
0
1
0
0
0
1
0
0
1
0
3
0
1
0
1
3
1
0
0
0
2
1
3
0
2
1 0 0 0
0 0 1 0
23.【答案】
0 1 0 0
0 0 2 1
【解析】 A
1
0
0
0
0
0
1
0
0
1
0
0
0
0
0
1
1
0
0
0
0
1
0
2
0
0
1
0
0
0
0
1
B ,故
1 1
1 0 0 0 1 0 0 0 1 0 0 01 0 0 0 1 0 0 0
0 1 0 0 0 0 1 0 0 1 0 0 0 0 1 0 0 0 1 0
B1A
0 0 1 0 0 1 0 0 0 0 1 00 1 0 0 0 1 0 0
0 2 0 1 0 0 0 1 0 2 0 10 0 0 1 0 0 2 124.【答案】(1) P
1
2
3
5
;(2) Q
1
3
4
2
5
7
0
0
1
【解析】(1)
( A , E )
2
5 3
1
1
1
1
0
0
1
r1 3 r2
1
2
0
1
4
1
1
0
3
1
r 2 r 2 1
r ( 1 ) 2
1
0
0
1
4
7
1
2
3
5
1 3 1 0 4
故P ,使得PA 为行最简形矩阵.
2 5 0 1 7
(2)
T ( A , E )
5
3
1
r 3 r
2 1
r r 3 1
2
1
1
1
0
0
1
0
0
0
1
1
0
1
0
1
0
0
1
3
1
2
r1
5
2
2 r2
0
0
1
1
3
1
r
2r
3
0
1
1
( 1 )
r 2
1
0
0
1
0
0
2
1
0
0
1
0
0
0
1
1
3
4
2
5
7
0
0
1
故 Q
1
3
4
2
5
7
0
0
1
,使得 Q A T
1
0
0
0
1
0
为行最简形矩阵.
25.【答案】
a
3 1
a
a
1
2
1
1
2 a
1 1
a
3
a
a
1 2
2 2
2 a
1 2
a
3 3
a
a
1
2
3
3
2 a
1 3
,
a
3 3
a
a
1
2
2
3
3
0 0 a
1 3
a
3 1
a
a
1
2
2
2
2
0 0 a
1 2
a
3 1
a
a
1
2
2
1
1
0 0 a
1 1
.
【解析】 A 的左边乘以初等阵P ,相当于对
1
A 实施初等行变换r 2r; 的左边乘以
3 1
P100,相当于对A实施
1
1 0 0 次初等行变换 ;A 的右边乘以P100,相当于对A 实施
2
100次初等列变换 c
1
c
3
(相当于没变);A 的右边乘以 P 92 9 9 ,相当于对A 实施 9 9 9 次
初等列变换c c (相当于只做了一次c c ).
1 3 1 3
a a a
11 12 13
因而PAP100 a a a ,
1 2 2 22 23
a 2a a 2a a 2a
31 11 32 12 33 13
r
3
2 r1
AP 11 0 0 A P 92 9 9
a
a
a
1 1
2 1
3 1
a
a
a
1 2
2 2
3 2
a
a
a
1 3
2 3
3 3
a
3 3
a
a
1
2
2
3
3
0 0 a
1 3
a
3 2
a
a
1
2
2
2
2
0 0 a
1 2
a
3 1
a
a
1
2
2
1
1
0 0 a
1 1
26.【答案】
0
3
0
3
0
0
0
3
6
【解析】易知 A
c
3c
1
2 c1
c2 B ,故 B A
1
0
0
0
1
0
0
1
2 0
1
0
1
0
0
0
0
1
,
A * B A * A
1
0
0
0
1
0
0
1
2 0
1
0
1
0
0
0
0
1
A
0
1
0
1
0
0
0
1
2
0
3
0
3
0
0
0
3
6
.
27.【答案】
1
1
3
4
1
0
2 3
6
6
6
【解析】 Q (
1
,
2
,
3
)
1
0
0
1
0
1 0
0
2
P
1
0
0
1
0
1 0
0
2
Q T A Q
1
0
0
1
1
0
1
3
1 4
1
1
0
0
1
0
2
3
1 6
0
0
2
0
0
2
1
3
3
8
T
P
1
4
7
T
1
0
0
A
2
5
8
P
1
0
3
6
9
1
1
0
0
0
0
2
1
1
0
1
0
0
1
0
0
0
2
1
1
3
1 4
0
0
2
1
0
2 3
6
6
6
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